东 娟 罗耿波 席金花

（宝色特种设备有限公司）

哈氏G-30合金的基本特性及容器的设计制造特点

东 娟*罗耿波 席金花

（宝色特种设备有限公司）

哈氏G-30合金是一种高耐蚀镍基合金。主要介绍了G-30合金的一些基本特性，同时也对G-30合金压力容器的设计制造特点作了简要论述。

哈氏G-30合金 耐腐蚀特性 压力容器 设计 制造 焊接

0 前言

现代石油化工生产工艺的强化和长周期运行，使得腐蚀条件越来越苛刻，因此采用耐蚀材料就成了控制腐蚀的主要手段之一，其中采用高合金或超合金对于延长石油化工设备的使用寿命就是一种既可行又经济的措施。近几年我国从国外引进的一些装置中大量应用哈氏合金。哈氏含金是一种耐腐蚀性能极好的镍基合金，它与奥氏体不锈钢相比具有许多独特的优点：耐蚀性能好，强度高，更轻巧，设备使用寿命长。哈氏合金经过70多年的发展，目前已有许多系列，如A、B、C、D、F、G、H、N、X等，它们分别应用于不同的工业领域。从20世纪80年代起，通过对镍基合金大量的改进研究，已开发了一种新的专用高耐蚀哈氏合金G-30。该合金在国外已经应用于许多场合，但在国内用作压力容器材料还属罕见。本文主要介绍了G-30合金的一些基本特性，同时也对G-30合金压力容器的设计制造特点作了简要论述。

1 哈氏G-30合金的基本特性

哈氏G合金为Ni-Cr-Mo-Cu型合金，含Cr量高 （45%Ni，22.5%Cr，6.5%Mo，19%Fe，≤0.05% C，2.5%Cu，≤1.0%Si），对强酸、强碱等氧化性腐蚀介质有很好的抗蚀性。由于该合金含Cu元素2%并与Mo复合作用，因此对热硫酸和热磷酸具有优异的耐腐蚀性能。哈氏 G-30合金是通过对镍基合金大量的改进研究出来的一种专用的高耐蚀合金。美国ASME标准中的合金牌号为N06030[1]。哈氏G-30合金在磷酸中有很好的耐蚀性能，通常腐蚀速率为 0.025～2.50 mm/a，其耐蚀性要比Hastlloy G-3或Inconel 625高2～4倍。其化学成分见表1[1]。

哈氏G-30合金的力学性能见表2[2]、表3。哈氏G-30合金的物理性能见表4[2]。

表1 G-30合金的化学成分 （%）

表2 G-30合金的室温及高温拉伸性能

表3 G-30合金的硬度值 （室温）

2 哈氏G-30合金压力容器的设计制造特点

以某厂委托设计的一台哈氏G-30合金压力容器为例，其技术参数如下：设计压力壳程为 0.36/ -0.1 MPa，管程为 0.81 MPa；设计温度壳程为165℃，管程为75℃；壳程介质性质为易燃、有毒、有腐蚀性 （介质成分用户保密），管程介质为冷却水；腐蚀裕度壳程为0，管程为3.2 mm。

表4 G-30合金的物理性能

该设备直径为1200 mm，长度为8500 mm，与壳程介质相接触部分材料均为哈氏G-30合金，筒体厚度为10 mm，管箱材料为Q235-B，壳程A、B类焊缝系数为0.95，100%RT。

2.1 设计

2.1.1 设计参数的确定

设计所需的哈氏G-30合金的化学成分、力学性能、供货状态等数据均选自美国ASME标准第Ⅱ卷B、D篇。

2.1.2 焊接坡口的设计

要得到好的焊件，在加工中必须考虑焊接坡口的形式。即使选了合适的焊材，坡口设计得不好也不能得到好的焊件。壳程介质的特性决定了对接焊缝、角焊缝均要求全焊透。由于镍基合金很黏 （比碳钢或不锈钢流动性差）且不易流动和湿润侧边，因此这种金属要比典型的碳钢和不锈钢难焊透，即熔融不完全的可能性较大。为此，焊接坡口要有足够的宽度，以便使焊枪焊条通过合适的操作来保证焊缝全焊透。所以，选用了如图1所示的焊接坡口尺寸。

2.1.3 管板与换热管的连接

管板与换热管的连接采用贴胀加强度焊的结构[3]。由于哈氏G-30合金的延展性与不锈钢相当，因此，其管板孔径和允许偏差可参照不锈钢管进行设计；支撑板、折流板、最大跨距等数据均可参照GB 151—1999进行选取。

图1 焊接坡口尺寸

2.2 制造

2.2.1 成形加工

哈氏G-30合金具有良好的成形加工性能，其延展性好，特别适于冷加工。但由于它容易产生加工硬化，因此冷成形时需要更多的能量[1]。由于G-30含铬量较高，又含有钼，因此其不但具有较高的耐均匀腐蚀性能，同时也具有较高的耐局部腐蚀性能。

一般来讲，冷加工不会影响其抗均匀腐蚀的能力，也不会影响抗局部腐蚀的能力。但如果其纤维方向延伸率≥10%，在某些介质中，G-30构件中的残余应力将会导致应力腐蚀裂纹产生。当然，可通过热处理减小或消除残余应力。

哈氏G-30合金也可进行锻造、热卷、热冲压等一系列热加工，但由于它的热加工温度范围较窄，因此应十分小心地控制其加工温度，以获得满意的加工效果。其锻造温度一般为1149～927℃。

2.2.2 焊接

2.2.2.1 焊接方法

哈氏G-30合金常用的电弧焊焊接方法有钨极气体保护焊 （GTAW）、熔化极气体保护焊（GMAW）、手工电弧焊 （TIG）等。本次制作主要采用钨极气体保护焊。G-30之间的焊接：第一层，填充材料G-30Ø2.4 mm，焊接电流的极性直流正接，电流90～110 A，电弧电压14～16 V，焊接速度 80～100 mm/min；其余层次，填充材料 G-30Ø2.4 mm，焊接电流130～150 A，电弧电压14～16 V，焊接速度100～120 mm/min。保护气体流量为正面12～14 L/min，背面20～24 L/min。

2.2.2.2 焊接材料

哈氏G-30合金焊接时与之相匹配的焊接材料的选择与焊接方法有关。钨极和熔化极气体保护焊选用焊丝ERNiCrMo-11，即UNSN06030；手工电弧焊应选用焊条ENiCrMo-11，即UNSW86030。

3 热处理

除非特殊要求，哈氏G-30合金的锻件都须进行固溶热处理[1]。其固溶热处理温度为1177℃，随后迅速空冷或水冷。热成形部件在制造和安装前，都必须进行固溶热处理。热处理温度—时间曲线如图2所示。

图2 热处理温度-时间曲线

4 结束语

哈氏G-30合金是一种高耐蚀镍基合金。哈氏G-30合金压力容器的设计制造以提高合金耐蚀性为出发点，使不可预见的失效危险降至最小。通过选择最低初始成本的材料来获得最经济的设备使用寿命。通过这次设计制造实践，总结出以下一些关于哈氏G-30合金制造特点的认识：

（1）哈氏G-30合金在磷酸、硝酸、盐酸、硫酸等复杂的环境下，都有优良的耐蚀性。

（2）选择合理的焊接坡口是设计的关键，焊接坡口要有足够的宽度。

（3）热成形加工时，应严格控制加工温度。

（4）焊接前应充分做好焊接的准备工作。不宜采用宽焊道，电极不宜横向摆动。

[1]ASME锅炉及压力容器规范：第II卷B篇 ［S］.2010版.北京：中国石化出版社，2011.

[2]ASME锅炉及压力容器规范：第II卷D篇 ［S］.2010版.北京：中国石化出版社，2011.

[3]GB 151—1999.管壳式换热器 ［S］.北京：中国标准出版社，2004.

Basic Properties of Hastelloy G-30 and Design and Fabrication Characteristics of the Vessel Made from Hastelloy G-30

Dong Juan Luo Gengbo Xi Jinhua

Hastelloy G-30 is nickel-base alloy with superior corrosion resistance.Primarily introduces the basic properties of Hastelloy G-30 and briefly discusses the design and fabrication characteristics of the pressure vessel made from Hastelloy G-30.

Hastelloy G-30;Corrosion resistance;Pressure vessel;Design;Fabrication;Weld

TQ 050.4+4

2014-03-18)

*东娟，女，1980年生，工程师。宝鸡市，721014。